Atomen rangschikken

Was het idee van atomen en elementen rond 1800 in de wetenschap geaccepteerd, hoeveel elementen er waren was toen nog lang niet duidelijk. In de eerste helft van de 19^e eeuw was de jacht op elementen open. In een hoog tempo werden steeds weer nieuwe elementen gevonden. Sommige leken op elkaar, zoals chloor, broom en jood, of de groep lithium, natrium, kalium. Ook koper, zilver en goud werden als groep herkend. Een algemeen overzicht ontbrak nog omdat niet duidelijk was hoeveel elementen er nu precies waren: de in Kern en elektronen genoemde lading van de kern, en het feit dat elk element zijn eigen kernlading heeft, werden pas aan het eind van de 19^e eeuw bekend.

Orde in de chaos

Los van elkaar bouwden Mendelejev en Julius Lothar Meyer aan een totaaloverzicht van de elementen. Meyer bepaalde voor alle bekende elementen het volume van 1 mol van de stof. Als hij de resultaten uitzette tegen de molaire massa van het element, kreeg hij de grafiek zoals die hiernaast staat weergegeven. Omdat 1 mol stof steeds evenveel atomen bevat, zijn de relatieve verschillen en verhoudingen voor 1 mol of 1 atoom precies gelijk.

Atoomvolume als functie van de molaire massa van elementen

Dmitri Mendelejev keek niet naar slechts één eigenschap maar naar zoveel mogelijk eigenschappen van de elementen die hij kende. Ook hij zette de elementen op volgorde van massa. Hij ging echter een stap verder.
Na zink ontbraken er, wat eigenschappen betreft twee elementen. Volgens Mendelejev waren die twee gewoon nog niet ontdekt!. Op grond van de eigenschappen van aluminium en indium enerzijds en silicium en tin anderzijds durfde hij de eigenschappen van de ontbrekende elementen, door hem eka-aluminium en eka-silicium genoemd en nu bekend als gallium en germanium, te voorspellen. Toen de elementen een aantal jaren later gevonden werden, bleken de eigenschappen, verbindingen en vindplaats opmerkelijk goed overeen te stemmen met de voorspellingen van Mendelejev.

Mendelev's voorspelling in 1869 van germanium (detail) "?=70", en daarboven, onder de rode lijn, die van gallium. (periodic table 1869)

Vergelijking tussen Mendelev's voorspelling in 1871 en de eigenschappen van gallium en germaninium
Eigenschap	Gallium^[1]		Germanium^[2]
Eigenschap	Voorspelling	Gemeten	Voorspelling	Gemeten
Atoomgewicht	~68	69.723	72.64	72.59
Dichtheid (g/cm³)	5.9	5.904	5.5	5.35
Smeltpunt (°C)	laag	29.767	hoog	947
Kleur			grijs	grijs
oxide type			Vuurvast dioxide	vuurvast dioxide
Formule van het oxide	${\ce {M2O3}}$	${\ce {Ga2O3}}$	${\ce {MO2}}$	${\ce {GeO2}}$
Dichtheid van het oxide (g/cm³)	5.5	5.88	4.7	4.7
Type van het hydroxide	amfoteer	amfoteer
Type oxide			zwak basisch	zwak basisch
Formule van het chloride			${\ce {MCl4}}$	${\ce {GeCl4}}$
Kookpunt van het chloride (°C)			< 100	86 ( ${\ce {GeCl4}}$ )
Dichtheid van het chloride (g/cm³)			1.9	1.9

Eka-Aluminium
Eka-Germanium

Omdat Mendelejev nog niets wist over de kernlading of de elektronen had hij ook geen last van het feit dar de edelgassen nog niet bekend waren in zijn tijd. Ook op sommige plaatsen waar de molaire massa van een volgend element net iets lager uitvalt, was voor hem geen probleem omdat een van de twee elementen nog niet gevonden was. Op andere plaatsen was hij brutaal genoeg om enkele keren het geheel van eigenschappen van een element zwaarder te laten wegen dan de volgorde van de molaire massa's.

Edelgassen

Omdat kenmerkende eigenschappen zich periodiek in de lijst herhalen, wordt de tabel die door Mendelejev ontworpen werd aangeduid met de naam: Periodiek Systeem der Elementen, of kortweg Periodiek Systeem. Vandaag de dag kunnen we deze periodiciteit verklaren uit de opbouw van de elektronenwolk. Omdat de meer naar buiten gelegen schillen meer elektronen kunnen bevatten (zie de paragraaf over elektronenschillen zijn de latere periodes langer. Je kunt ook zeggen: in de eerdere periodes worden plaatsen opengelaten.

Periodiek Systeem

Het periodiek systeem

Het blijkt dat als de verschillende atoomsoorten worden gerangschikt in een tabel op volgorde van hun kernlading of, wat ook vaak gezegd wordt, atoomnummer van linksboven naar rechtsonder met rijen van bepaalde lengte dan vormen de atoomsoorten in de kolommen families met gelijksoortige eigenschappen. De tabel heet het periodiek systeem der elementen (PS).

Het totaal van de elementen bedraagt (in 2020): 2 + 8 + 8 + 18 + 18 + 32 + 32 = 118. Het systeem en de theorie hebben wel al ruimte voor elementen die (misschien) nog ontdekt worden. Deze elementen hebben dan een hogere kernlading dan 118.

Aantal elementen

Het huidige periodiek systeem

Het periodiek systeem der elementen

1
Ia

18
0

1

1
H

2
IIa

13
IIIa

14
IVa

15
Va

16
VIa

17
VIIa

2
He

2

3
Li

4
Be

5
B

6
C

7
N

8
O

9
F

10
Ne

3

11
Na

12
Mg

3
IIIb

4
IVb

5
Vb

6
VIb

7
VIIb

8
VIIIb

9
VIIIb

10
VIIIb

11
Ib

12
IIb

13
Al

14
Si

15
P

16
S

17
Cl

18
Ar

4

19
K

20
Ca

21
Sc

22
Ti

23
V

24
Cr

25
Mn

26
Fe

27
Co

28
Ni

29
Cu

30
Zn

31
Ga

32
Ge

33
As

34
Se

35
Br

36
Kr

5

37
Rb

38
Sr

39
Y

40
Zr

41
Nb

42
Mo

(43)
Tc

44
Ru

45
Rh

46
Pd

47
Ag

48
Cd

49
In

50
Sn

51
Sb

52
Te

53
I

54
Xe

6

55
Cs

56
Ba

*

72
Hf

73
Ta

74
W

75
Re

76
Os

77
Ir

78
Pt

79
Au

80
Hg

81
Tl

82
Pb

83
Bi

84
Po

85
At

86
Rn

7

87
Fr

88
Ra

**

(104)
Rf

(105)
Db

(106)
Sg

(107)
Bh

(108)
Hs

(109)
Mt

(110)
Ds

(111)
Rg

(112)
Cn

(113)
Nh

(114)
Fl

(115)
Mc

(116)
Lv

(117)
Ts

(118)
Og

*Lanthaniden

57
La

58
Ce

59
Pr

60
Nd

(61)
Pm

62
Sm

63
Eu

64
Gd

65
Tb

66
Dy

67
Ho

68
Er

69
Tm

70
Yb

71
Lu

**Actiniden

89
Ac

90
Th

91
Pa

92
U

(93)
Np

(94)
Pu

(95)
Am

(96)
Cm

(97)
Bk

(98)
Cf

(99)
Es

(100)
Fm

(101)
Md

(102)
No

(103)
Lr

Huidige periodiek systeem

De kolommen van het PS heten groepen, genummerd van 1 tot en met 18, en de rijen, heten periodes, genummerd van 1 tot en met 7. De groepen 1,2,13,..,18 heten hoofdgroepen en de groepen 3,..,12 overgangsmetalen.

Periode 1 heeft twee groepen, H waterstof en He Helium. Periode 2 en 3 hebben elk 8 groepen. In periode 4 tot en met 7 worden 10 groepen toegevoegd. In periode 6 en 7 bestaat groep 3 uit 15 elementen.

Periode
Groep
Hoofdgroep
Overgangsmetalen

Speciale namen

Groepen worden, met name die met de overgangsmetalen, benoemd door het bovenste element van de groep. Daarnaast worden ook onderstaande benamingen vaak gebruikt:

Alkalimetalen: De elementen in groep 1, behalve waterstof. Als metaal reageren deze elementen allemaal heftig tot zeer heftig met water onder vorming van een loog.

Alkalimetalen
Groep 1

Aardalkalimetalen: Deze elementen staan in groep 2. Ze reageren ook met water, maar minder heftig dan hun buren in groep 1 in dezelfde periode.

Aardalkalimetalen
Groep 2

Halogenen: De naam van deze groep betekent "zoutvormers". De bekendste vertegenwoordiger is chloor, dat als chloride deel uitmaakt van keukenzout.

Halogenen
Groep 17

Edelgassen: De laatst ontdekte groep in het periodiek systeem. De atomen van deze elementen hebben allemaal een volle of voorlopig volle valentieschil. Hierdoor reageren ze allemaal niet of met grote moeite met andere elementen.

Edelgassen

Lanthaniden: De extra elementen in groep 3 in periode 6

Lanthaniden

Actiniden: De extra elementen in groep 3 in periode 7

Actiniden

Het Periodiek systeem in 1869

In onderstaand periodiek systeem zijn de molaire massa's vermeld met de nauwkeurigheid zoals die in 1869 bekend was, op één decimaal. Hoewel de rode draad wel de oplopende molaire massa is, geven de rode vakjes aan waar Mendelejev de moed had te volgorde om te draaien om de eigenschappen van de elementen op de juiste wijze te rangschikken.

Van de groen aangegeven elementen zijn door Mendelejev goede voorspellingen van de eigenschappen gedaan.

De elementen die 1869 bekend waren in het periodiek systeem.

1
Ia

goede voorspelling

18
0

1

H
1.0

2
IIa

omgewisseld ivm eigenschappen

13
IIIa

14
IVa

15
Va

16
VIa

17
VIIa

2

Li
6.9

Be
9.0

B
10.8

C
12.0

N
14.0

O
16.0

3

Na
23.0

Mg
24.3

3
IIIb

4
IVb

5
Vb

6
VIb

7
VIIb

8
VIIIb

9
VIIIb

10
VIIIb

11
Ib

12
IIb

Al
27.0

Si
28.1

P
31.0

S
32.1

Cl
35.5

4

K
39.1

Ca
40.1

Ti
45.0

V
50.9

Cr
52.0

Mn
54.9

Fe
55.9

Co
58.9

Ni
58.7

Cu
63.6

Zn
65.4

As
74.9

Se
79.0

Br
79.9

5

Rb
85.5

Sr
87.6

Y
88.9

Zr
91.2

Nb
92.9

Mo
95.9

Ru
101.1

Rh
102.9

Pd
106.4

Ag
107.9

Cd
112.4

In
114.8

Sn
118.7

Sb
121.8

Te
127.6

I
126.9

6

Cs
132.9

Ba
137.3

*

Ta
180.9

W
183.9

Os
190.2

Ir
192.2

Pt
195.1

Au
197.0

Hg
200.6

Tl
204.4

Pb
207.2

Bi
209.0

7

**

*Lanthaniden

La
138.9

Ce
140.1

Sm
150.4

Tb
159.9

Er
167.3

**Actiniden

Th
232.0

U
238.0

Periodiek systeem in 1869

↑ Greenwood and Earnshaw, p. 217.
↑ Winkler, Clemens (1887). Mittheilungen über des Germanium. Zweite Abhandlung. J. Prak. Chemie 36 (1): 177–209. DOI: 10.1002/prac.18870360119. Geraadpleegd op 20 augustus 2008.

[Greenwood217-1] Greenwood and Earnshaw, p. 217.

[Winkle2-2] Winkler, Clemens (1887). Mittheilungen über des Germanium. Zweite Abhandlung. J. Prak. Chemie 36 (1): 177–209. DOI: 10.1002/prac.18870360119. Geraadpleegd op 20 augustus 2008.

[1]

[2]